Стеклопластиковые трубы: преимущества, разработка

Как выглядит производство труб из стеклопластика? Какими должны быть стеклопластиковые трубы по ГОСТу? Как привлекательны их характеристики на фоне других решений? Давайте попытаемся ответить на эти вопросы.

Образцы труб с соединениями разных типов.

Что это такое

Что является стеклопластиком ? Наименование, в неспециализированном-то, дает исчерпывающее представление о составе материала: связующее (эпоксидная либо полиэфирная смола) армируется стекловолокном. Армирование снабжает устойчивость по отношению к нагрузкам на изгиб и растяжение; связующее гарантирует стойкость к ударным нагрузкам.

Обратите внимание: использующиеся смолы - обычные реактопласты. При твердении в них происходят необратимые химические трансформации; раз так - в отличие от термопластов, контактная сварка изделий неосуществима. Для соединения труб используются клей, фланцы под болты, резьбы и т.д.

Фланцевое соединение стеклопластикового трубопровода.

История

Разработка производства зародилась в пятидесятых годах прошлого века, в то время, когда началось промышленное изготовление эпоксидных смол. Как и каждая новая разработка, на начальной стадии эта не пользовалась особенной популярностью: отсутствие опыта применения стеклопластика дополняла низкая цена на классические материалы (сталь, алюминий и медь).

Приблизительно к середине 60-х, но, картина начала изменяться.

Что случилось?

  • Подорожали цветные металлы и сталь.
  • Началась коммерческая разработка шельфовых месторождений нефти и газа. Стеклопластиковые трубы НКТ (насосно-компрессорные) выгодно отличались от железных маленьким весом и, что еще ответственнее, коррозионной стойкостью: контакт с соленой водой не наносил им никакого ущерба, в отличие от соперничающих продуктов.
  • Наконец, сами технологии производства стеклопластика также не находились на месте: он становился дешевле и прочнее.

Итог не вынудил себя ожидать: к концу 60-х американская компания Ameron вышла со своими стеклопластиковыми трубами большого давления сначала на американский, а после этого и на ближневосточный рынок. К 80-годам подтянулись европейские и, чуть позднее, советские (позднее - русские) производители.

Продукция Ameron и сейчас востребована российским рынком, несмотря на наличие отечественных производителей.

Преимущества

Чем стеклопластик завоевал популярность?

Перечень его преимуществ не через чур велик, но выглядит очень убедительно.

  1. Очень разумная на фоне высоколегированных и нержавеющих сталей цена.
  2. Стойкость к агрессивным средам и коррозии.

Полезно: при необходимости транспортировки очень агрессивных жидкостей элементы трубопроводов футеруются полиэтиленом большого давления.

  1. Маленький вес. Удельная прочность стеклопластика (прочность, отнесенная к плотности) в 3,5 раза выше, чем у стали; так, равнопрочные конструкции из этих материалов будут различаться весом многократно.
При такой же толщине стенок, как у стальной трубы, стеклопластиковая уступает ей в прочности весьма незначительно.
  1. Возможность получения материала с заданными механическими свойствами благодаря определенной схеме армирования. К примеру, спирально-кольцевая намотка стекловолокна снабжает высочайшую устойчивость к внутреннему давлению.

Производство

Как выглядит производство стеклопластиковых труб?

К настоящему времени возможно выделить четыре главных разработки их изготовления.

Наименование Описание
Экструзия Смола смешивается с рубленым стекловолокном и отвердителем, по окончании чего продавливается экструдером через кольцевое отверстие. Производство дешево, технологично, но отсутствие регулярного армирующего каркаса отражается на итоговой прочности изделий.
Пултрузия Труба формируется между внутренней и наружной оправками. Обе поверхности получаются совершенными; но последовательность технологических ограничений не разрешает создавать так трубы громадных диаметров и с большим рабочим давлением.
Центробежное формование Армирование представляет собой готовый рукав из стеклоткани, который прижимается к поверхности вращающейся формы центробежными силами. Они же содействуют равномерному распределению смолы по будущим стенкам. Главное преимущество разработки - возможность взять ровную наружную поверхность; главный недочёт - энергоемкость и дороговизна.
Намотка Пропитанное связующим стекловолокно (нить, лента либо ткань) наматывается на цилиндрическую оправку. Оборудование для производства стеклопластиковых труб способом намотки наиболее распространено благодаря высокой производительности и относительной простоте.
Схема производства методом пултрузии.

У последнего способа производства имеется пара, так сообщить, подвидов. Давайте познакомимся с ними.

Спирально-кольцевая намотка

Укладчик - кольцо с несколькими механизмами подачи пропитанной нити - совершает возвратно-поступательные перемещения на протяжении вращающейся оправки. При каждом проходе укладывается слой волокон с постоянным шагом; кольцевая схема укладки, как мы не забываем, разрешает добиться большой прочности трубы на разрыв.

Любопытно: предварительное натяжение нити также благоприятно отражается на итоговой прочности изделия, предотвращая появление трещин при изгибающих нагрузках.

Способом спирально-кольцевой намотки изготавливаются насосно-компрессорные трубы, рассчитанные на большие рабочие давления, несущие конструктивные элементы (а также композитные опоры ЛЭП) а также… корпуса ракетных двигателей.

Изготовление НКТ спирально-кольцевой намоткой.

Спирально-ленточная намотка

Отличие с прошлым способом - только в том, что за один проход укладчик формирует узкую ленту в десяток-другой волокон. Соответственно, для создания сплошного армирования требуется куда больше проходов; само армирования получается пара менее плотным. Основное преимущество способа - куда более простое и недорогое оборудование.

Продольно-поперечная намотка

Принципиальное отличие от прошлых схем - в том, что намотка делается постоянной: укладчик в один момент укладывает продольные и поперечные нити. Казалось бы, это должно упростить и удешевить разработку; однако здесь имеется сугубо механическая неприятность.

Оправка, на которой наматывается будущая труба, вращается; раз так - должны вращаться и катушки, с которых разматывается нить продольного армирования. Причем чем больше диаметр трубы, тем больше должно быть катушек.

Продольно-поперечный намотчик.

Косослойная поперечно-продольная намотка

Это решение было создано еще при жизни СССР в Харькове и первоначально использовалось при производстве корпусов реактивных снарядов. Позднее оно взяло распространение на всем постсоветском пространстве.

В чем сущность способа?

  • Укладчик формирует широкую ленту параллельных пропитанных связующим волокон.
  • Лента перед намоткой на оправку предварительно обматывается нитью без пропитки, потом образующей осевую арматуру. Сами же собранные в ленту нити образуют, соответственно, арматуру поперечную: лента укладывается поперек оси оправки.
  • По окончании укладки любой слой прокатывается валиками, уплотняющими армирование и вытесняющими лишнее связующее.

Чем выгодна такая схема?

  • Возможностью постоянного производства. За один проход возможно организовать сколь угодно толстые стены, легко меняя нахлест ленты.
  • Высокой производительностью.
  • Возможностью создавать стеклопластиковые трубы громадного диаметра (в теории - без каких-либо ограничений большого размера). Габариты ограничены лишь размером оправки.
  • Очень высоким содержанием стекловолокна в готовом материале. Оно доходит до 85% против 45-65% при других методах. Это воздействует как на итоговую прочность, так и на горючесть продукции.
Косослойная поперечно - продольная намотка.

Стандарты

Производство интересующих нас изделий регламентируется двумя нормативными документами:

  1. ГОСТ Р 53201-2008 содержит техусловия для изготовления труб диаметром 50-200 мм на резьбовых соединениях.
  2. Созданный при участии ООО НТТ (Новые Трубные Разработки) ГОСТ Р 54560-2011 обрисовывает подробности трубопроводов из "реактопластов, армированных стекловолокном".

Изучим главные положения документов.

ГОСТ Р 53201-2008

Предусмотренный стандартом режим эксплуатации труб выглядит так:

  • Температура - от -60 до +60С.
  • Относительная влажность - до 100%.
  • Температура транспортируемой жидкости - до +110С.
  • Рабочее давление - от 3,5 до 27,6 МПа.

Предусматриваются следующие варианты применения обрисованных стандартом изделий:

  1. Транспортировка газового конденсата и нефти.
  2. Транспортировка растворов солей (включая морскую воду).
  3. Сооружение лифтовых колонн.
  4. Крепление скважин разного назначения.
Разобранная обсадная колонна.
  1. Поддержание пластового давления при разработке подземных месторождений.
  2. Техническое и питьевое водоснабжение.

Стандарт выделяет три типа труб:

Обозначение Расшифровка
НК Насосно-компрессорные
О Обсадные
Л Линейные

Какими смогут быть диаметры стеклопластиковых труб, произведенных по ГОСТ Р 53201-2008, и другие их характеристики?

Насосно-компрессорные, обсадные

Внутренний диаметр, мм Номинальное давление, МПа Минимальная толщина стены, мм Масса погонного метра, кг
50 6,9 - 27,6 4,3 - 8,4 1,6 - 3,3
63 6,9 - 27,6 4,6 - 10,7 2,2 - 5,5
100 10,3 - 17,2 8,1 - 12,2 5,8 - 8,2
150 10,3 - 17,2 13,5 - 15,0 14,0 - 14,9
200 10,3 13,6 16,5
На фото - стеклопластиковые НКТ высокого давления.

Линейные

Внутренний диаметр, мм Номинальное давление, МПа Минимальная толщина стены, мм Масса погонного метра, кг
50 10,3 - 27,6 2,79 - 8,10 1,2 - 3,1
63 8,6 - 27,6 2,80 - 9,90 1,4 - 5,2
100 5,5 - 27,6 2,80 - 16,00 2,3 - 12,8
150 5,5 - 13,8 4,57 - 11,20 5,1 - 12,2
200 5,5 - 13,8 5,84 - 14,70 8,6 - 22,6

Не считая типоразмеров труб, в документе содержится детальная инструкция по изготовлению фитингов с указанием базовых размеров, требования к внешнему виду, маркировке и максимальным допускам всех изделий.

ГОСТ Р 54560-2011

Стандарт обрисовывает трубопроводы, эксплуатирующиеся в куда более мягких если сравнивать с обрисованными выше условиях:

  • Рабочее давление - до 3,2 МПа;
  • Температура среды - до 35С;
  • Транспортируемые жидкости - вода, стоки и водные растворы (бытовые и промышленные).
Мягкие требования к прочности позволяют обойтись стенками невысокой толщины.

Принципиально важно: воздействие ГОСТ не распространяется на трубопроводы для канализации и внутренних водопроводов.

В рамках документа продукция классифицируется по следующим показателям:

  • Диаметру (DN). Диапазон значений - от 300 до 3000 миллиметров.
  • Номинальному давлению (PN). Для безнапорных труб само понятие PN достаточно условно и берется равным 0,1 - 0,4 МПа; для напорных оно принимает значения 0,6, 1,0, 1,6, 2,0, 2,5 и 3,2 МПа.
  • Номинальной жесткости (SN). Она также измеряется в мегапаскалях и возможно равной 1250, 2500, 5000 и 10000.

Обратите внимание: при прокладке стеклопластиковой системы канализации своими руками необходимо принимать в расчет, что трубы SN 1250 не рекомендованы для подземной прокладки в принципе, а SN 2500 рекомендуется прокладывать в лотках.

Для подземной укладки используются толстостенные трубы высокой жесткости.

Документ, как и прошлый, перечисляет главные размеры всех требования и видов фитингов к их внешнему виду, прочности, методам и маркировке армирования.

Заключение

Очевидно, в нашем материале мы коснулись только части очень широкой темы применения стеклопластика. Мы не узнали, возможно ли использовать стеклопластиковые трубы для отопления либо бытовой канализации, как они хороши на фоне металлополимерных или полностью пластиковых изделий. Часть из этих вопросов затрагивает видео в данной статье. Удач!

Добавить комментарий